فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیستم شماره 12 (آذر 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/21
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد رئیسی، علیرضا شاطرزاده*، سید مهدی حسینی فراش صفحات 2679-2688

    در این پژوهش اثر افزودن درصدهای مختلف نانولوله کربنی درون رزین اپوکسی بر بار بحرانی کمانش ستون های آلومینیمی تقویت شده با  کمربند کامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ستونها دارای مقطع دایره‌ای توپر بوده و بار فشاری به صورت محوری به نمونه‌ها اعمال شده است. به منظور دستیابی به بار بحرانی، مقادیر 0/25، 0/5 و 1 درصد وزنی نانولوله کربنی درون رزین اپوکسی همگن‌سازی شد. تقویت‌کننده‌های کامپوزیتی به صورت سه لایه، و زاویه الیاف در تمامی لایه‌ها هم‌جهت با راستای محور ستون در نظر گرفته شد.  نمونه‌ها در شرایط دوسر گیردار به یک دستگاه یونیورسال هیدرولیک اینسترون بسته شد و نمودارهای نیروی فشاری بر حسب جابجایی در راستای محوری برای هر نمونه ترسیم گردید. از هرجنس کمربند کامپوزیتی تعداد سه نمونه مورد آزمایش قرار گرفت و میانگین نتایج برای بار بحرانی کمانش تعیین گردید. نتایج حاکی از آن است که افزودن 1 درصد وزنی نانولوله کربنی به رزین اپوکسی در کمربند کامپوزیتی می تواند بار بحرانی کمانش ستون را در حدود 45 درصد نسبت به نمونه دارای کمربند کامپوزیتی فاقد نانولوله کربنی افزایش دهد. این افزایش را می‌توان ناشی از پراکندگی مناسب نانولوله‌های کربنی درون ماده و زمینه و ایجاد چسبندگی مناسب بین کمربند نانوکامپوزیتی و ستون آلومینیومی دانست. همچنین به منظور راستی آزمایی نتایج آزمایش، نمونه ستون آلومینیمی با کمربند کامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی در نرم افزار آباکوس مدلسازی شد و کمانش استاتیکی آن شبیه‌سازی گردید. نتایج شبیه‌سازی، تطابق خوبی را در تخمین بار بحرانی کمانش با نتایج تجربی نشان می‌دهد.

    کلیدواژگان: کمانش، ستون آلوم ینیوم ی، کمربند کامپوز یت ی، نانولوله کربنی
  • زهرا سنگری مطلق، امیر مومنی*، امید بیات، زهرا دین محمدی، مهناز اسدبیگی صفحات 2689-2696

    در این تحقیق رفتار تغییر شکل گرم  آلیاژ Mn-25Ni-5Cr توسط آزمایش های فشار گرم در دماهای 850، 900، 950 و 1000 درجه سانتی گراد و با نرخ کرنش های 001/0، 01/0، 1/0 و 1 بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از نمودارهای تنش- کرنش حقیقی نشان داد که با افزایش دما و کاهش سرعت کرنش سطح تنش سیلان کاهش می یابد و از طرفی ظهور یک پیک تنشی در منحنی سیلان را می توان به آغاز تبلور مجدد دینامیکی نسبت داد که گویای وسعت قابل توجه تبلور مجدد دینامیکی در آلیاژ مورد تحقیق می باشد. همچنین، در دماهای بالا و سرعت کرنش های کم نقطه متناظر با تنش حداکثر در کرنش های کمتری ظاهر شد. بررسی های ریز ساختاری توسط میکروسکوپ نوری نشان داد که تبلور مجدد دینامیکی مکانیزم غالب در تحولات ریزساختاری آلیاژ مورد تحقیق است. وجود مرزهای نیمه تمام در حوالی دانه های ریز تبلورمجدد نیز گویای بروز تبلورمجدد دینامیکی پیوسته در حین کارگرم آلیاژ است. در بررسی های دقیق تر ریزساختار و فازشناسی، به کمک میکروسکوپ SEM و آنالیز EDS، علاوه بر فاز زمینه فاز دوم محلول جامد متشکل از منگنز، نیکل و کروم شناسایی شد. به کمک معادلات بنیادین توانی و نمایی ثوابت ماده n،    و    در کرنش 3/0 تعیین شدند. همچنین تاثیر دما و نرخ کرنش بر سطح تنش سیلان آلیاژ توسط معادله بنیادین سینوس هایپربولیک بررسی و انرژی فعالسازی 6258/394 کیلو ژول بر مول تعیین شد.

    کلیدواژگان: فشار گرم، رفتار سیلانی، تبلور مجدد دینامیکی، سینوس هایپربولیک، انرژی فعالسازی
  • علی زرگرباشی، صادق تابع جماعت، سروش صرافان صادقی*، سروش شیخ بگلو صفحات 2697-2705

    در این مطالعه، به بررسی تجربی احتراق پیش‌آمیخته جزیی متان و اکسیژن خالص، درون یک راکتور کوارتز مقیاس مزو با قطر داخلی 5 میلی‌متر و ضخامت دیواره 1 میلی‌متر با طول‌های 5، 10 و 15 سانتی‌متر و نسبت اختلاط‌های 25%، 50% و 75% پرداخته شده است. نتایج آزمایش‌ها اعم از عوامل موثر بر رژیم‌های شعله، محدوده تشکیل هر کدام، دینامیک شعله و توزیع دمای دیواره خارجی راکتور‌، تحلیل و گزارش شده است. آزمون‌های فوق در محفظه احتراق استوانه‌ای هم‌مرکز متقارن‌محوری و در رژیم جریان آرام صورت گرفته است. در اکثر آزمایش‌ها، رژیم شعله نوسانی بوده و همین عامل باعث گردیده تا توزیع حرارت یکنواخت‌تری در طول راکتور مشاهده گردد. دینامیک این شعله از تغییرات به ترتیب نسبت اختلاط، طول راکتور، دبی حجمی اکسیژن و نهایتا دبی حجمی سوخت، که باعث تغییرات در سرعت جریان ورودی و نسبت هم‌ارزی می‌گردد بیشتر اثر می‌پذیرد. همچنین مشاهده شد با افزایش طول راکتور به علت فراهم شدن زمان مناسب جهت همگن شدن مخلوط، تفاوت‌ها در بازه تشکیل شعله در نسبت پیش‌اختلاط‌های مختلف کم می‌گردد.

    کلیدواژگان: احتراق متان- اکسیژن، راکتور استوانه ای ابعاد مزو، احتراق پیش آمیخته جزئی، دینامیک شعله
  • معین طاهری*، سید حسن بطحائی صفحات 2709-2720

    شناسایی خواص سلول به‌منظور جداسازی بافت‌های سالم و آسیب‌دیده‌ی سلول‌های زیستی، جابه‌جایی و منیپولیشن سلول‌ها و میکرو/نانو ذرات مختلف، تصویربرداری و شناسایی شکل سلول‌ها و سطوح مختلف از کاربردهای جدید میکروسکوپ‌های نیروی اتمی می‌باشد که امروزه استفاده از میکروسکوپ‌های نیروی اتمی را گسترش داده است. در مدل‌سازی منیپولیشن میکرو/نانو ذرات، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، یکی از نکات مهم استفاده از مدل تماسی مناسب و دقیق می‌باشد. ازآنجاکه در منیپولیشن سه‌بعدی، میکرو/نانوذره بین تیرک و صفحه‌ی مبنا قرار دارد، لذا تیوری‌های تماسی باید به دو بخش تقسیم شوند. بخش اول تماس بین صفحه‌ی مبنا و میکرو/نانوذره می‌باشد و بخش دیگر تماس بین میکرو/نانوذره و نوک سوزن تیرک می‌باشد. در این پژوهش به استخراج مدول یانگ بافت سرطانی معده با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی به‌منظور شناسایی بافت پرداخته‌شده است. برای این منظور دو مدل تماسی هرتز و جی‌کاآر جهت استخراج مدول یانگ توسعه داده‌شده‌اند. در یک آزمایش تجربی پس از جداسازی سلول‌ها از بافت سرطانی معده با استفاده از تیرک مستطیلی شکل و سوزن‌های هرمی و کروی میکروسکوپ نیروی اتمی نمونه‌ها مورد آزمایش قرار گرفتند و نمودارهای نیرو-عمق نفوذ به‌دست‌آمده است سپس با استفاده از روش نصف کردن و نرم‌افزار متلب به تحلیل داده‌ها پرداخته شد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از نمودار نیرو-عمق‌نفوذ می‌توان ضریب فنری ظاهری برای سلول مدلسازی کرد زیرا شیب این نمودار خطی است. حدود مدول یانگ بافت مورد نظر، با توجه به نمودارهای به‌دست‌آمده از مقایسه نتایج تجربی مستخرج از میکروسکوپ نیروی اتمی و نتایج تیوری تماسی هرتز و جی‌کاآر 25±325 KPa به‌دست‌آمده است.

    کلیدواژگان: مدول یانگ، سرطان معده، میکروسکوپ نیروی اتمی، مدلهای تماسی
  • حامد خسروی خور، سید حجت هاشمی*، مهدی راغبی صفحات 2721-2731

    هدف این مقاله بررسی تجربی فرکانس‌های طبیعی نمونه های شیاردار متجانس و نامتجانس ماشین‌کاری شده از لوله واقعی با جوشکاری مارپیچ از جنس فولاد API X65 با استفاده از آزمایش ضربه سقوطی کم‌سرعت مجهز به شتاب‌سنج است. آزمایش طبق استاندارد API 5L انجام شد. نمونه‌ متجانس، بدون درز جوش و فقط شامل فلز پایه است، درحالیکه نمونه نامتجانس شامل درز جوش طولی بوده و در مقطع عرضی نمونه سه ناحیه فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت و ناحیه جوش وجود دارد. نمونه‌های مورد آزمایش در پژوهش حاضر تحت ضربه‌ کم‌سرعت چکش در بخش میانی آنها بدون تغییر شکل پلاستیک قرار گرفت. داده‌های آزمایشگاهی (ولتاژ-زمان) با استفاده از تبدیل فوریه از حوزه زمان به حوزه فرکانس منتقل و با فیلتر پایین‌گذر باترورث نوسان‌های اضافی از سیگنال فرکانسی حذف شد. با افزایش ارتفاع سقوط چکش، فرکانس طبیعی در نمونه‌ها تقریبا ثابت است. فرکانس طبیعی در نمونه نامتجانس کمتر از نمونه متجانس می باشد. با داشتن اطلاعات در مورد فرکانس طبیعی می توان از پدیده مخرب تشدید در آزمایش اصلی (شکست کامل نمونه) جلوگیری کرد. همچنین با استفاده از نتایج آزمایش تجهیز شده ضربه سقوطی کم‌سرعت و دانستن فرکانس‌ طبیعی، ‌می‌توان ضریب شدت تنش دینامیکی نمونه را تعیین نمود.

    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی کم سرعت، فرکانس طبیع ی، فولاد ای پی آی ایکس65، فیلتر پایین گذر باترورث
  • سیده سمانه آسمانی، غلام حسین لیاقت*، حامد احمدی، یاور عنانی، امین خدادادی صفحات 2733-2745

    در این مقاله قابلیت جذب انرژی کامپوزیت های کولار/ الاستومر تحت بارگذاری ضربه ای سرعت بالا  به روش تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. الاستومر بدلیل برگشت پذیری و بالا بودن نسبت جذب انرژی به وزن آن به عنوان محافظ بالستیکی درکامپوزیت ها، آنها را جذاب تر می کند. البته تبعیت رفتار مکانیکی کامپوزیت های الاستومری از تیوری هایپرالاستیسیته مطالعه تحلیلی را پیچیده خواهد کرد. بنابراین، شبیه سازی عددی به دلیل در نظر گرفتن مکانیزم های مختلف و پیچیده شکست، بیشترین سهم در طراحی سازه های کامپوزیتی را از آن خود کرده اند. در تحقیق حاضر، از پیشرفته ترین روش مدل سازی المان محدود کامپوزیت ها آباکوس/ صریح جهت تعیین رفتار آنها، در طول برخورد ضربه استفاده شده است. بدین منظور، برای مدلسازی لایه های کامپوزیتی از المان های ورق و جهت تعیین رفتار مدل شکست کامپوزیت الاستومری از مدل مادی مواد شکل پذیر و مدل مادی ویومت بر مبنای یکی از معیارهای آسیب مانند تنش ون مایزز استفاده شد. به دلیل عدم وجود معیار ذکر شده در نسخه های تجاری نرم افزار و اهمیت در نظر گرفتن چنین آسیب هایی در شبیه سازی عددی برای این کامپوزیت ها، معیار مذکور با استفاده از کدنویسی در محیط نرم افزار فرترن نوشته شد و به این شکل تحلیل پدیده نفوذ در سازه کامپوزیتی به قابلیت نرم افزار اضافه گردید. به منظور اعتبارسنجی مدل از آزمون تجربی بر روی کامپوزیت کولار/ الاستومر توسط دستگاه تفنگ گازی استفاده شد. همچنین، بررسی تغییرشکل و سرعت خروجی پرتابه و انرژی جذب شده به عنوان نتایج گزارش شده اند. نتایج حاصل از شبیه سازی توافق بسیار خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهند.

    کلیدواژگان: کامپوزیت الاستومری، ضربه سرعت بالا، جذب انرژی، مکانیزم شکست، مدلسازی عددی
|
  • Mohammad Raeisi, Alireza Shaterzadeh *, Seyyed Mahdi Hosseini Farrash Pages 2679-2688

    An experimental study on the critical buckling load of aluminum columns reinforced with glass/epoxy composite belts containing carbon nanotubes (CNTs) are presented in this paper. The columns with solid circular cross section are subjected to axially pressure load. Aluminum column specimens reinforced with glass/epoxy and CNT/glass/epoxy are fabricated. CNTs with 0.25, 0.5 and 1 weight percent (wt.%) are dispersed into the epoxy resin. Three layers composite belts are wrapped around the column. Glass fibers are placed along the column axes in each layer. The columns are tested under fix ended boundary conditions utilizing Instron hydraulic universal testing machine. Pressure load with respect to the end shortening are plotted for each specimen. To achieve the average value of critical buckling load, four specimen is examined for each composite belt material.  Results show that when 0.5%CNT/glass/epoxy composite belt is used to reinforce the column, the critical buckling load of the column increases by 45% with respect to the column with glass/epoxy composite belt. The proper dispersion of CNTs into the matrix material along with appropriate adhesion between the nanocomposite belt and the aluminum column lead to the increase of buckling load. Furthermore, to validate the results, buckling analysis of aluminum column reinforced with glass/epoxy composite belt was done in Abaqus finite element software. Finite element simulation confirms the experimental results obtained.

    Keywords: Buckling, Aluminum Column, Composite Belt, Carbon Nanotube
  • Zahra Sangarimotlagh, Amir Momeni *, Omid Bayat, Zahra Dinmohamadi, Mahnaz Asadbeigi Pages 2689-2696

    In this study, the hot-working behavior of Mn-25Ni-5Cr alloy was studied using hot compression tests at the temperatures of 850 ˚C, 900 ˚C, 950 ˚C and 1000 ˚C and the strain rates of 0.001 s-1, 0.01 s-1, 0.1 s-1 and 1 s-1 to a true strain level of 0.7. The results of flow curves showed that the flow stress decreases with increasing temperature and decreasing strain rate. Regarding the shape of flow curves, peak appearance represents the dynamic recrystallization. The peak stress and strain of flow curves appeared in fewer strains at high temperatures and strain rates. The microstructural evolution is mainly controlled by dynamic recrystallization. The presence of evolving boundaries around the recrystallized grains also indicates the occurrence of continuous dynamic recrystallization during hot working. In closer scrutiny of microstructure and fasciology, using by SEM microscope equipped with EDS detector, in addition to the background phase, second phase consisting of manganese, nickel and chromium was identified. The constants of n, α and β were determined using constitutive, power and exponential equations at 0.3 strain. According to the constitutive equation of the hyperbolic sinus, the amount of activation energy in the strain of 0.3 is 394.6258 kJ/mol.

    Keywords: Hot Compression, Dynamic Recrystallization, Hyperbolic Sinus, Activation Energy
  • ALi Zargarbashi, Sadegh Tabejamaat, Soroush Sarrafan Sadeghi *, Soroush Sheykhbaglou Pages 2697-2705

    In this paper, the experimental study of partially premixed combustion of methane and oxygen in a 5 mm mesoscale quartz reactor with 1 mm wall thickness and 5, 10, and 15 cm lengths. The partially premixed for 25%, 50%, and 75% mixing ratios paid. Experimental results including the factor of affecting flame regimes, formation range, flame dynamics, the outer wall temperature distribution of the reactor had been analyzing and reporting. The above tests were performing in an asymmetrically centered cylinder combustion chamber and a laminar flow regime. In most partial pre-mixing combustion experiments, the oscillation regime, which had an optimal heat distribution throughout the reactor, had been observed. The flame dynamics were more effect by changes in mixing ratio, reactor length, oxygen flow rate, and finally fuel flow rate (equivalence ratio). Also observed that by increasing the reactor length due to the appropriate time for homogenization of the mixture, differences in the flame formation interval were reducing in the different ratios of the pre-mixes.

    Keywords: Meso Combustion, Methane, Oxygen, Partial Premixed Combustion, FlameDynamics
  • Moein Taheri *, Seyed hasan Bathaee Pages 2709-2720

    Diagnosis of cell properties to isolate healthy and damaged tissues of biological cells, moving and manipulating cells and various micro/nanoparticles, imaging and diagnosis the shape of cells and different surfaces are new applications of atomic force microscopes that today use atomic force microscopes. In modeling the manipulation of micro/nanoparticles, using atomic force microscopy, one of the important points is to use a suitable and accurate contact model. Since in three-dimensional manipulation, the micro/nanoparticle is located between the beam and the substrate, contact theories must be divided into two parts. The first part is the contact between the base plate and the micro/nanoparticle and the other part is the contact between the micro/nanoparticle and the tip of the beam tip. In this study, the modulus of elasticity of gastric cancer tissue was extracted using atomic force microscopy to diagnose tissue. For this purpose, two Hertz and JKR contact models have been developed to derive the modulus of elasticity. In an experimental experiment, after isolating the cells from the gastric cancer tissue, the specimens were tested using a rectangular beam and pyramidal and spherical tips under an atomic force microscope, and the load-indentation depth diagrams were obtained. Data analysis was performed. According to the results obtained from the load-indentation depth diagram, the apparent spring coefficient for the cell can be modeled because the slope of this diagram is linear. The modulus of elasticity of the desired texture, according to the obtained diagrams obtained from the comparison of the experimental results extracted from the atomic force microscope and the results of the Hertz and JKRcontact theory of 325 ± 255 kPa, has been obtained.

    Keywords: Young Modulus, Gastric Cancer, Atomic Force Microscopy, Contact Models
  • Hamed Khosravi Khor, Sayyed Hashemi *, Mahdi Raghebi Pages 2721-2731

    The purpose of this paper is to experimentally investigate the natural frequencies of notched homogeneous and inhomogeneous specimen made from API X65 steel. The specimens cut from spiral welded pipe, tested on an equipped low blow drop weight tester with accelerometer. The tests were performed according to the API 5L standard. The homogeneous specimen was seamless and included only the base metal, while the inhomogeneous specimen included the weld seam and three zones of base metal, heat affected zone and weld. In the present study the specimens were subjected to hammer low blow in the middle without plastic deformation. The laboratory data (voltage-time) were transferred from time to frequency domain using Fourier transformation and the imposed oscillations were removed from the frequency signal by the Butterworth low pass filter. As the hammer drop height increased, the natural frequency in the specimens was almost constant. The natural frequency in the inhomogeneous specimen was less than the homogeneous specimen. Having information about the natural frequency, it is possible to prevent the destructive phenomenon of resonance in the main test (complete fracture of the specimen). Also, using the results of equipped low blow drop weight test and knowing the natural frequency, the dynamic stress intensity factor of the test specimen can be determined.

    Keywords: Low Blow Drop Weight Test, Natural Frequency, API X65 Steel, Low PassButterworth Filter
  • Seyedeh samaneh Asemani, Gholamhossein Liaghat *, H. Ahmadi, Yavar Anani, Amin Khodadadi Pages 2733-2745

    In this study, the energy absorption capacity of kevlar/elastomer composites under highspeed impact loading has been investigated experimentally and numerically. The compliance of the mechanical behavior of elastomeric composites with the theory of hyperelasticity complicates the analytical study. Therefore, numerical simulation due to the different and complex mechanisms of failure has gained large share in the design of composite structures. In the present study, the most advanced method of finite element modeling of composites i.e., Abaqus / Explicit has been used to determine their behavior during impact. For this purpose, planer shell elements were used to model the composite layers, and formable material model and the vumat were used to determine the behavior of the elastomeric composite failure model based on a damage criterion such as von mises failure criterion. Due to the lack aforementioned criteria in the commercial versions of the software and the importance of considering damages in numerical simulation for these composites, the criterion was written in Fortran software environment, and the analysis of the penetration phenomenon was added to the software capability in composite structure. In order to validate this model, an experimental test was performed on the kevlar/elastomer composite by a Gas gun device. Also, the study of deformation, output projectile velocity, and absorpted energy have been reported. The simulation results show a very good agreement with the experimental results.

    Keywords: Elastomeric Composite, High-Speed Impact, Energy Absorption, FailureMechanism, Numerical Analysis
  • Pages 2747-2749